2014•2015 FACULTEIT INDUSTRIËLE … · Woord vooraf In het laatste jaar van mijn studies voor...
78
2014•2015 FACULTEIT INDUSTRIËLE INGENIEURSWETENSCHAPPEN master in de industriële wetenschappen: energie Masterproef Visualisatie van machinepark + implementatie van een communicatienetwerk en een robotcel Promotor : ing. Eric CLAESEN Promotor : Dhr. RUDI VERMEULEN Jens Alenteyns Scriptie ingediend tot het behalen van de graad van master in de industriële wetenschappen: energie Gezamenlijke opleiding Universiteit Hasselt en KU Leuven
Transcript of 2014•2015 FACULTEIT INDUSTRIËLE … · Woord vooraf In het laatste jaar van mijn studies voor...
2014•2015FACULTEIT INDUSTRIËLE INGENIEURSWETENSCHAPPENmaster in de industriële wetenschappen: energie
MasterproefVisualisatie van machinepark + implementatie van een communicatienetwerk en een robotcel
Promotor :ing. Eric CLAESEN
Promotor :Dhr. RUDI VERMEULEN
Jens Alenteyns Scriptie ingediend tot het behalen van de graad van master in de industriëlewetenschappen: energie
Gezamenlijke opleiding Universiteit Hasselt en KU Leuven
2014•2015Faculteit Industriëleingenieurswetenschappenmaster in de industriële wetenschappen: energie
MasterproefVisualisatie van machinepark + implementatie van eencommunicatienetwerk en een robotcel
Promotor :ing. Eric CLAESEN
Promotor :Dhr. RUDI VERMEULEN
Jens Alenteyns Scriptie ingediend tot het behalen van de graad van master in de industriëlewetenschappen: energie
Woord vooraf
In het laatste jaar van mijn studies voor Master Energie Automatisering, kreeg ik de kans om
mijn theoretische kennis toe te passen en deels omzetten naar de praktijk. Dit was in de vorm
van een Masterproef. Deze proef was een project dat ik mocht verwezenlijken bij Yamauchi
Corp. NV. Deze firma was mij al bekend vanuit mijn stage in de Bachelor.
Ik kreeg een grote vrijheid om mijn project tot een goed einde te brengen, hier kwam dan
natuurlijk ook wel wat verantwoordelijkheid bij kijken. Ik heb er dan ook veel ervaring en
kennis mee opgedaan.
Dankzij de hulp en advies van de heer Rudi Vermeulen en de heer Olivier Schoofs heb ik
mijn Masterproef tot een goed einde kunnen brengen. Hiervoor zou ik deze personen heel
graag willen bedanken. Ook zou ik de heer ing. Eric Claesen willen bedanken voor het
begeleiden en de ondersteuning.
Vervolgens zou ik ook nog de heer Gust Dierckxsens en Jannes Capoen willen bedanken van
Phoenix Contact voor het verschaffen van technische hulp, opleiding en documentatie.
Ten slotte wens ik de lezer van deze thesis veel leesplezier.
Inhoudsopgave
Woord vooraf ............................................................................................................................. 1
Inhoudsopgave ........................................................................................................................... 3
Lijst van tabellen ........................................................................................................................ 5
Lijst van figuren ......................................................................................................................... 7
Abstract ...................................................................................................................................... 9
Abstract (Engels) ...................................................................................................................... 11
1. Inleiding ............................................................................................................................ 13
1.1 Situering ..................................................................................................................... 13
1.2 Probleemstelling ........................................................................................................ 14
1.3 Doelstelling ................................................................................................................ 14
1.4 Materiaal en methode ................................................................................................ 15
2. Bedrijfsinformatie: Yamauchi Corp. N.V. ........................................................................ 17
2.1 Verleden ..................................................................................................................... 17
2.2 Producten ................................................................................................................... 17
2.3 Bedrijfsinformatie ...................................................................................................... 18
3. Engineering netwerk ......................................................................................................... 19
3.1 OSI-model ................................................................................................................. 19
3.2 RS485 en RS232 ........................................................................................................ 20
3.3 Industrial ethernet ...................................................................................................... 20
3.4 Ethernet ...................................................................................................................... 21
3.5 Fysieke laag ............................................................................................................... 21
3.6 Datalink ..................................................................................................................... 21
3.7 Netwerklaag ............................................................................................................... 22
3.8 Transportlaag ............................................................................................................. 23
4. Keuze van het protocol ..................................................................................................... 25
4.1 PROFINET ................................................................................................................ 25
4.2 Ethernet/IP ................................................................................................................. 26
4.3 EtherCat ..................................................................................................................... 27
4.4 Modbus/TCP .............................................................................................................. 28
4.5 PROFIBUS ................................................................................................................ 28
5. Communicatie met de verschillende installaties ............................................................... 29
5.1 Communicatie met drooginstallatie ........................................................................... 29
5.2 Communicatie met de aanvoerinstallatie ................................................................... 30
5.3 Communicatie met de koelinstallatie ........................................................................ 30
5.4 Communicatie met de spuitgietgietmachines ............................................................ 30
5.5 ILC 330PN ................................................................................................................. 30
6. Visualisatie ........................................................................................................................ 31
6.1 WebVisit .................................................................................................................... 31
6.2 CX-supervisor ............................................................................................................ 31
7. Datalogging ....................................................................................................................... 33
7.1 SQL ............................................................................................................................ 33
7.2 Database ..................................................................................................................... 33
8. Robot ................................................................................................................................. 35
8.1 Risicoanalyse robotcel ............................................................................................... 36
9. Kostenanalyse ................................................................................................................... 51
9.1 Prijslijst ...................................................................................................................... 51
9.2 Analyse van andere opties ......................................................................................... 52
10. Praktisch ........................................................................................................................ 53
10.1 Netwerkopbouw ..................................................................................................... 53
10.2 Elektrische schema’s & kastopbouw ..................................................................... 53
10.3 Instellingen PLC aanvoerinstallatie ....................................................................... 54
10.4 Configuratie PROFIBUS ....................................................................................... 56
10.5 Configuratie SafetyBridge module ........................................................................ 58
10.6 Hardware configuratie en programma van Siemens .............................................. 59
10.7 Visualisatie ............................................................................................................. 62
10.8 Datalogging ............................................................................................................ 62
10.9 Robotcel opbouw ................................................................................................... 63
11. Besluit ............................................................................................................................ 71
Literatuurlijst ............................................................................................................................ 73
Bijlagen (Zie Cd-rom) .............................................................................................................. 75
Lijst van tabellen
Tabel 1: OSI –model [6] ........................................................................................................... 19 Tabel 2: TCP & UDP [1] .......................................................................................................... 23 Tabel 3: Modbus TCP .............................................................................................................. 28 Tabel 4: Hoogte afscherming [2] ............................................................................................. 46
Tabel 5: Mazen afscherming [2] .............................................................................................. 46 Tabel 6: Aantal noodstoppen per kring [19] ............................................................................ 48 Tabel 7: Kostenanalyse ............................................................................................................ 51 Tabel 8: Switch toestanden ...................................................................................................... 56 Tabel 9: Hardware instellingen Profibus [17] .......................................................................... 57
Tabel 10: Instelling switches [15] ............................................................................................ 58
Lijst van figuren
Figuur 1: Yamauchi Corp. ........................................................................................................ 17 Figuur 2: Producten .................................................................................................................. 17 Figuur 3: Producten batterij ...................................................................................................... 18 Figuur 4: Fabriekshal ............................................................................................................... 18
Figuur 5: OSI -lagen FINS [1] ................................................................................................. 20 Figuur 6: PROFINET [4] ......................................................................................................... 25 Figuur 7: Ethernet IP [6] .......................................................................................................... 26 Figuur 8: Protocollen [6] .......................................................................................................... 27 Figuur 9: Siemens CPU315 [13] .............................................................................................. 29
Figuur 10: Datalogging [9] ....................................................................................................... 33 Figuur 11: Normen driehoek [3] .............................................................................................. 36
Figuur 12: Keuze Pl. [2] ........................................................................................................... 38 Figuur 13: Robot [10] ............................................................................................................... 39 Figuur 14: Risico inschatting [2] .............................................................................................. 43 Figuur 15: Vergrendeling [18] ................................................................................................. 47 Figuur 16: Muting lamp [11] .................................................................................................... 47
Figuur 17: Laserscanner [11] ................................................................................................... 48
Figuur 18: SafetyBridge module [9] ........................................................................................ 49 Figuur 19: SafetyBridge netwerk [15] ..................................................................................... 49 Figuur 20: SISTEMA ............................................................................................................... 50
Figuur 21: Netwerkopbouw ..................................................................................................... 53
Figuur 22: Instelling nodenummers [1] .................................................................................... 54
Figuur 23: IO-Table ................................................................................................................. 55 Figuur 24: CX-Configurator ..................................................................................................... 55
Figuur 25: Slave configuratie PC Worx ................................................................................... 57 Figuur 26: Slave configuratie Step7 ......................................................................................... 57 Figuur 27: Dipswitches [15] ..................................................................................................... 58
Figuur 28: Instellen master ....................................................................................................... 59 Figuur 29: PROFIBUS-adres ................................................................................................... 59
Figuur 30: Hardware Siemens .................................................................................................. 60 Figuur 31: Move functie ........................................................................................................... 61 Figuur 32: SQL-functiebouwsteen ........................................................................................... 62 Figuur 33: Robotcel opbouw .................................................................................................... 63
Figuur 34: OS32C programmatie ............................................................................................. 63 Figuur 35: Aansluiting knoppen deurvergrendeling [12] ......................................................... 64
Figuur 36: Veiligheidscircuit Euchner [12] ............................................................................. 64 Figuur 37: Complete veiligheidskring robot [16] .................................................................... 65 Figuur 38: Noodstopkring robot [16] ....................................................................................... 65 Figuur 39: Motorkring robot [16] ............................................................................................. 66 Figuur 40: Noodstop in safety programma .............................................................................. 67
Figuur 41: Deurvergrendeling .................................................................................................. 68 Figuur 42: Safety uitgangen robot ............................................................................................ 68 Figuur 43: Functiebouwsteen oproep ....................................................................................... 69
Abstract
Yamauchi Corp. gelegen te Hasselt kent drie problemen betreffende automatisering. De eerste
twee problemen situeren zich in het machinepark en zijn te wijten aan het ontbreken van
communicatie tussen de verschillende productieprocessen.
Het eerste probleem houdt de slechte zichtbaarheid van de aan-, uit- en alarmstatus van de
machines in.
Het tweede probleem is dat er geen historiek van alarmmeldingen bijgehouden word.
Het derde probleem omvat de klachten betreffende de ergonomie. Deze klachten ontstaan
door het handmatig bijvullen van granulaat aan de drooginstallatie.
Deze masterproef implementeert een communicatienetwerk zodat de verschillende
productieprocessen met elkaar kunnen communiceren. Zo ontstaat er enerzijds een overzicht
van het machinepark en anderzijds wordt er een historiek van alarmtijden bijgehouden.
Vervolgens wordt er een robotcel ontworpen die het granulaat automatisch bijvult. Hierbij
speelt veiligheid een belangrijke rol.
Communicatie wordt verzorgd door een PROFINET-netwerk. Hiervoor zijn er
communicatiekaarten en PROFINET-eilanden geïmplementeerd. Vervolgens wordt de data
gevisualiseerd door gebruik te maken van de webbrowser van de PLC. Deze PLC schrijft de
alarmmeldingen weg in een SQL-database en dit met behulp van functiebouwstenen.
De robot die wordt toegepast in de cel, is een robot van ABB. Verder bevat de cel nog een
laserscanner, deurvergrendelingen en een speciale veiligheidsmodule die de veiligheid in de
robotcel moeten garanderen.
Abstract (Engels)
Yamauchi Corp. located at Hasselt deals with three problems. The first two problems are
situated in the machinery park and are due to the absent of communication. The first problem
is the bad visibility of the machine status and this because a global overview is missing. The
second problem is the absent of an alarm history, necessary for maintenance. The third
problem includes the complains about ergonomics, these complains arise in the manually
adding of granules into the dryer.
This master’s thesis implements a communication network so there will be an overview over
the machinery park and also a history of alarms will be kept. Moreover a robotcel is designed,
where safety is very important. As a result of this, the adding of granules will take place
automatically.
Communication is attended by a PROFINET network. With this the data will be visualised by
the use of the web browser of the PLC. This PLC writes the alarm messages into a database
with the help of function blocks. The robot which is used in the cell is a 6-axis robot from
ABB. To guaranty the safety into the cell there is a laser scanner, door locks and a special
safety module.
1. Inleiding
1.1 Situering
Yamauchi Corp. gelegen te Hasselt produceert kunststofonderdelen d.m.v. een spuitgietproces
voor de batterij- en auto-industrie.
Het gehele productieproces bestaat uit verschillende stadia. Het eerste stadium is het drogen
van het granulaat in de drooginstallatie. Het granulaat dat de grondstof is van de kunststof
onderdelen voldoet bij levering nog niet aan de nodige eisen. Vandaar dit droogproces.
Het drogen vindt plaats in twee silo’s. Deze silo’s worden elk goed gemonitord op basis van
droogtijden en temperaturen.
Doordat het granulaat na het drogen wel voldoet aan de eisen, smelten deze kunststofkorrels
bij het spuitgietproces beter. Hierdoor kunnen de moleculen een betere binding aangaan.
Na het droogproces wordt dit granulaat door de aanvoerinstallatie naar de vragende
spuitgietmachines geleid.
Deze aanvoerinstallatie staat centraal opgesteld in de fabriekshal en verzorgt de toevoer en de
dosering van de korrels naar de meeste spuitgietmachines.
In het tweede stadia vindt het spuitgietproces plaats in de spuitgietmachines. Na dit proces
koelen de producten af in de matrijs.
Het koelen van deze matrijzen gebeurt door de koelinstallatie, die voornamelijk bestaat uit
een warmtewisselaar en verschillende waterpompen.
Wanneer de producten voldoende gekoeld zijn, worden deze uitgenomen door een robot.
Het derde stadia bestaat uit het nabehandelen van de onderdelen die bestemd zijn voor de
batterijindustrie. Dit gebeurt in een waterbad, waarna ze vervolgens gedroogd worden in
droogkasten en uiteindelijk in de juiste hoeveelheden worden verpakt.
De verschillende producten voor de automobielindustrie worden nog gemonteerd m.b.v.
verschillende robotsystemen.
Parallel met de productie is er een kwaliteitsafdeling aanwezig, deze staat in voor het behalen
van de juiste kwaliteitsnormen. Dit gebeurt door op regelmatige tijdstippen steekproeven te
nemen en deze vervolgens te analyseren. Hierna kan eventueel bijgestuurd worden.
14
1.2 Probleemstelling
Een eerste probleem is het geregeld aanwezig zijn van een kleurverschil tussen de producten
of een niet optimale dichtheid ervan. De reden van dit probleem is dat de kunststofmoleculen
niet voldoende gebonden zijn. Eén van de oorzaken hiervan ligt bij de drooginstallatie die het
granulaat soms een te lange of te korte tijd droogt.
Dit omdat de droger niet weet en ook niet kan weten hoeveel granulaat er werkelijk wordt
afgenomen. Hierdoor kan deze installatie zijn droogcyclussen niet correct afstellen. Er
ontbreekt dus communicatie tussen de droog- en de aanvoerinstallatie.
Een tweede probleem is dat de korrels manueel moeten toegevoegd worden aan de droger,
wat een zwaar en niet-ergonomisch werk is. Dit kost bovendien ook veel waardevolle tijd.
Een derde probleem is dat er nergens in de fabriekshal een overzichtsscherm is van het
machinepark. Men kan dus niet onmiddellijk zien in welke statussen de machines zijn. Ook
wordt er nergens een historiek bijgehouden van alarmmeldingen of productieaantallen. Wat
het niet eenvoudig maakt voor onderhoud en planning ervan.
1.3 Doelstelling
Als eerste moet er communicatienetwerk worden voorzien tussen de verschillende installaties.
Zodat er gemakkelijk informatie kan uitgewisseld worden tussen de verschillende
deelprocessen. Met deze data kan de droger zijn droogcyclus efficiënt aanpassen wat tot
minder energieverbruik moet lijden.
Ten tweede dient er een robot geïmplementeerd te worden aan de drooginstallatie. Deze robot
moet dienen voor het bijvullen van de droger. De robot moet ook gekoppeld worden aan het
netwerk zodat de bediening automatisch kan gebeuren.
Omdat deze robot dit zware werk nu op zich zal nemen, hebben de operators meer tijd die ze
kunnen spenderen aan verbetering van de kwaliteit.
Ten derde moet deze robotcel aan de nodige veiligheidseisen voldoen. Dit omdat de robot een
tamelijk hoog draagvermogen heeft en bij een impact, de nodige gevaren kan meebrengen.
Vervolgens moeten er ook alarmtijden worden gelogd alsook de productieaantallen. Met deze
informatie kan het onderhoud beter worden gepland en is er een idee van het aantal
geproduceerde producten op elk moment.
Het machinepark moet worden gevisualiseerd zodat men een totaaloverzicht van statussen en
productieaantallen krijgt.
15
1.4 Materiaal en methode
Om te beginnen wordt er gestart met het implementeren van een ethernetnetwerk. Hiervoor
moet er doorheen het bedrijf een UTP-kabel worden voorzien samen met de nodigde
switches, die het dataverkeer in goede banen moeten leiden.
Omdat niet elke PLC-standaard over een netwerkpoort beschikt, wordt er hiervoor bij
sommige PLC’s een communicatiekaart geïmplementeerd. Hierbij wordt erop gelet dat deze
kaart het gebruikte protocol ondersteunt. Nadat deze kaart is gekozen wordt deze bij op de
rack van de PLC geplaatst en geconfigureerd.
Vervolgens wordt de robot geïmplementeerd en geprogrammeerd. Hiervoor wordt er wel eerst
een veiligheidsconcept uitgewerkt om te kunnen garanderen dat er rondom de robot veilig kan
worden gewerkt. Dit veiligheidsnetwerk maakt gebruik van een SafetyBridge module, een
laserscanner, hekbewakingen met vergrendelingen en de nodige noodstoppen. Uiteraard wordt
er rond dit alles een afscherming geplaatst.
Nadien kan de communicatie tussen de droog- en aanvoerinstallatie worden voorzien. Dit
gebeurt met een extra PLC, deze communiceert met de droger over PROFIBUS en met de
aanvoerinstallatie over PROFINET. Deze PLC zal de robot de nodige commando’s geven en
houdt hierbij eveneens rekening met de veiligheidsmodus ervan. Deze veiligheid wordt
verzorgd door de SafetyBridge module.
Voor de visualisatie van het machinepark wordt gebruik gemaakt van de webserver die in de
hoofd-PLC aanwezig is. Vermits deze PLC ook gekoppeld is aan het netwerk, heeft deze
toegang tot de bedrijfsserver. Op deze server vindt de datalogging plaats in een SQL-database.
16
17
2. Bedrijfsinformatie: Yamauchi Corp. N.V.
2.1 Verleden
Yamauchi Corp. Is opgericht in
Japan in 1918 door Suezo
Yamauchi. Sindsdien doen ze
continue aan ontwikkeling van
rubber en polymeer materiaal en
hebben ze uitgebreid met
dochterondernemingen in Japan
en andere landen (België,
Finland, Singapore, Malaise,
China, USA, Hong Kong en
Korea).
In 1981 is Yamauchi naar Europa
gekomen en startte een verkoopkantoor in Brussel. In 1988 is de fabriek in Hasselt gebouwd.
Vier jaar later is het kantoor van Brussel naar Hasselt verhuisd en sindsdien is dit het verkoop
centrum voor Europa, Afrika en het Midden Oosten geworden. Figuur één geeft de vestiging
in Hasselt weer en figuur vier de fabriekshal.
2.2 Producten
Op figuur twee staan al de producten die in Hasselt worden gemaakt afgebeeld.
Media:
rubber en plastiek voor audio en video
onderdelen;
rubber, plastiek en magnetische
onderdelen voor printers en
kopieerapparaten;
rubber en plastiek onderdelen voor
hard disc drives;
plastiek onderdelen voor batterij-
industrie (zie figuur3);
plastiek onderdelen voor de
automobielindustrie.
Papier en laminaat:
rollen voor papierpersen van polymeer;
aandrukbanden voor de papierindustrie;
kussenpads voor de laminaatindustrie.
Textiel:
rollers voor spinmachines.
Figuur 1: Yamauchi Corp.
Figuur 2: Producten
18
2.3 Bedrijfsinformatie
Jaarlijkse omzet van de Yamauchi Groep 115 miljoen
euro de plant in België is goed 9.9 miljoen euro.
Wereldwijd heeft Yamauchi 2000 werknemers
waarvan 30 in België.
Yamauchi België behaalde de ISO 9001, 14001 en de
ISO/TS 16949 normen.
Yamauchi België werkt in een drie ploegenstelsel
waardoor er 24 op 24u productie is vijf dagen op
zeven. En heeft in totaal een 40 tal spuitgietmachines.
België produceert voornamelijk voor de automobiel- en batterij-industrie.
Managing Director: Izumi Kubo
Factory Manager: Masato Saito
Production Manager: Rudi Vermeulen
Technical manager: Frank Milissen
Preventie adviseur: Rudi Vermeulen
Figuur 3: Producten batterij
Figuur 4: Fabriekshal
19
3. Engineering netwerk
De communicatie tussen de verschillende processen wordt voorzien doormiddel van een
netwerk. Hiervoor zijn er veel verschillende oplossingen mogelijk. In dit hoofdstuk wordt
besproken welke oplossingen er eventueel mogelijk zijn en voor welke er in dit project
geopteerd is.
Een netwerk is opgebouwd uit verschillende lagen die allemaal omschreven zijn in het OSI
model.
3.1 OSI-model
Het OSI-model stelt de zeven verschillende deelproblemen voor communicatie voor zoals
voorgesteld in tabel 11 en figuur 5. Omdat voor elk type van communicatie er andere
vereisten gesteld worden, zijn alle lagen niet altijd van toepassing. Voor een PROFINET
netwerk wordt er enkel gebruik gemaakt van de lagen: 1, 2, 3, 4 en 7. Waarvan de applicatie,
PROFINET zelf, zich in de zevende laag bevindt. De overige vier lagen, zijn dezelfde als een
standaard ethernetnetwerk.
Tabel 1: OSI –model [6]
Omdat ethernet tegenwoordig de standaard is voor netwerktoepassingen waardoor het dus ook
de meeste toekomstmogelijkheden biedt, is er in dit project geopteerd voor een
ethernetnetwerk.
Ethernet biedt de volgende voordelen:
uitbreidingsmogelijkheden;
zekerheden naar de toekomst;
standaard protocollen ondersteund door veel fabrikanten;
snelle dataoverdracht;
communicatie tot op het managementniveau (server) mogelijk;
eenvoudige opbouw;
vele topologieën mogelijk.
20
3.2 RS485 en RS232
Anderzijds was er ook nog de mogelijkheid om te opteren voor RS485 of RS232. Maar omdat
deze moeilijker te koppelen zijn aan de server voor de datalogging, zijn deze minder
interessant. Ook zijn de te gebruiken topologieën en maximum kabellengte beperkt.
Bij ethernet kan men verschillende soorten topologieën door elkaar gebruiken en ligt de
maximum kabellengte ver boven de andere.
3.3 Industrial ethernet
Industrieel ethernet is robuuster dan standaard ethernet voor kantoortoepassingen. Ook is bij
dit type de dataoverdracht sneller maar zijn de datapakketen kleiner.
Ethernet is ingedeeld in drie klassen:
Klasse A: Standaard TCP/IP
Ethernet hardware blijft ongewijzigd
Beperkt real time gedrag
Standaard ethernet switches en controllers
Klasse B: Ethernet hardware blijft ongewijzigd
Geen TCP/IP maar een toegewijd protocol wordt toegepast
Standaard ethernet switches en controllers
Standaard TCP/IP data blijft parallel mogelijk
Klasse C: Speciale hardware
Speciale switches en controllers
Standaard TCP/IP data blijft parallel mogelijk [6]
Figuur 5: OSI -lagen FINS [1]
21
3.4 Ethernet
Ethernet is een netwerk dat wordt gebruikt om grote hoeveelheden dat te verzenden tussen
verschillende apparaten. Oorspronkelijk was het bedoeld als een kantoornetwerk, vandaag
wordt dit netwerk ook veel toegepast in de industrie voor de data-uitwisseling tussen PLC,
HMI’s, PC…. Ethernet is een PTP verbinding tussen twee apparaten, wanneer er meerdere
zijn hebben we behoefte aan een switch of hub, deze zullen ervoor zorgen dat de data zijn
bestemming bereikt.
Bij ethernet zijn er vele verschillende vormen en wordt er gebruik gemaakt van protocollen
zoals: TCP/IP of UDP/IP.
In de hardware kunnen verschillen optreden zowel in de bekabeling als in de componenten.
Als kabel kan er bijvoorbeeld gebruik gemaakt worden van Power over ethernet (POE) of
ethernetkabel van categorie vijf of zes.
Verder is er nog een groot verschil in het gebruik van hubs of switches. Zo heeft men
bijvoorbeeld voor PROFINET speciale real-time switches nodig.
Bij bepaalde netwerkenprotocollen zoals EtherCat kan er zelfs enkel en alleen gewerkt
worden met toestellen die een EtherCat-chip aan boord hebben.
Boven deze protocollen zijn er in de industrie nog tal van ‘talen’ te kiezen. Bij Omron kiezen
ze hiervoor FINS. [1]
3.5 Fysieke laag
Deze laag zorgt voor de fysieke verbinding tussen alle componenten van het netwerk met zijn
elektrische en mechanische eigenschappen.
Er bestaan verschillende media waarover Ethernet getransporteerd kan worden. De meest
gebruikte zijn UTP (Unshielded Twisted Pair) en glasvezel.
3.6 Datalink
Zorgt voor de synchronisatie, foutcontrole, datastructuur en het toegangsprotocol.
De ethernetspecificaties (IEEE 802.3) bevatten de functies die men tegenkomt in de fysieke
en de datalinklaag van het OSI-model, en maakt pakketjes van data om ze op deze manier
over een netwerk te transporteren. In een ethernetnetwerk luistert elk station (computer,
printer enz.) naar het netwerk, en begint het pas met het versturen van data als geen ander
station op dat moment gebruik maakt van het netwerk. Indien het netwerk vrij is, kan ieder
station dat dat wil, proberen de controle over te nemen om data te transporteren. [7]
Bovenstaande redeneringen zijn echter voor standaard TCP/IP en niet voor real-time
Ethernetnetwerken. Hier wordt gebruik gemaakt van switches en prioriteiten.
22
3.7 Netwerklaag
De bedoeling van deze laag is om de aangeboden data van bron naar doel te versturen
ongeacht het protocol of type data, enkel ervoor zorgen dat alles netjes toekomt op de plaats
van bestemming. Er wordt gezocht naar de meest geschikte weg om de data te versturen. IP
ook wel Internetprotocol genoemd hier is dit IPv4.
Een IP adres bestaat uit vier getallen van 0 tot 255 (00 tot FF) in weergave gescheiden door
een punt. In totaal dus 32 bits.
Het ene deel van deze 32 bits geeft het netwerknummer aan, het andere deel het hostnummer.
Een apart netmasker bepaalt welke bits bij het netwerknummer horen, en welke bij het
hostnummer. Hosts (computers) met hetzelfde netwerknummer kunnen direct met elkaar
communiceren, hosts met een verschillend netwerknummer kunnen dat niet, en maken
gebruik van een of meer tussenliggende routers om hun doel te bereiken.
In principe is elk willekeurig IP adres toegestaan maar een aantal IP adressen is vaak
gereserveerd. Een aantal voorbeelden xx.xx.xx.01 of xx.xx.xx.254/255 is vaak een router.
Ook het adres eindigend op 0 (xx.xx.xx.00) is niet toegestaan. Verder zijn er in een netwerk
vaak een aantal servers opgenomen, deze zijn vaak van een vast IP adres voorzien. De PLC
wordt binnen het netwerk als een server gezien. Dit is de reden dat een PLC altijd een vast IP
adres heeft. [1]
Pc’s en ethernet-toestellen kunnen op twee manieren een IP adres verkrijgen:
1) DHCP – Een DHCP server deelt IP adressen uit, als de PC aangezet wordt.
2) Vast – De PC krijgt een vast ingesteld IP-adres.
In dit project krijgen alle PLC’s en andere machine elementen 192.168.1.xxx en subnetmasker
255.255.0.0. Pc’s en printers 192.168.0.xxx met subnetmasker 255.255.255.0. [1]
23
3.8 Transportlaag
Deze laag maakt de data klaar voor het netwerktransport.
TCP/IP is een protocol waarbij er eerst een verbinding wordt opgebouwd (PTP=Point to Point
verbinding) en pas daarna wordt er data overgestuurd en daarna de verbinding weer
verbroken.
UDP/IP is een protocol waarbij de data op het netwerk wordt gezet bedoeld voor een bepaalde
node (IP adres) en waarbij niet wordt gegarandeerd dat de data aankomt. Dit is dus zeker niet
geschikt om machines aan te sturen.
Beide systemen hebben hun voor- en nadelen, het voordeel van UDP/IP is dat het sneller is
omdat niet eerst een verbinding opbouwen(kost tijd) nodig is. Daarom heeft Omron gekozen
voor het UDP protocol tussen de verschillende componenten. Dit heeft echter als nadeel dat
routeren van berichten door routers en servers lastig tot niet mogelijk is. Voor het
programmeren van Omron PLC’s is hiervoor FINS/TCP toegevoegd. Tabel 2 geeft een
vergelijking tussen TCP en UDP. [1]
Tabel 2: TCP & UDP [1]
Protocol TCP UDP Naam Transmission Control Protocol User Datagram Protocol
Connectie Connectie georiënteerd Geen connectie nodig
Error Error recovery No error recovery
Grootte groot 20 byte header Kleiner 8 byte header
Data volgorde Altijd in de juiste volgorde verzonden Kan in de foute volgorde worden
verzonden
Snelheid Trager vanwege de verbinding die
telkens opnieuw moet worden gemaakt
(3 way handshake)
Sneller omdat er hier geen
verbinding moet worden
gemaakt
Bevestiging TCP bevestigt wanneer iets ontvangen
is, indien dit niet is wordt het pakket
opnieuw verzonden
Geen bevestiging wanneer data
niet aankomt data is dus verloren
Oriëntatie Volgens een continue stroom Bericht per bericht (niet
continue)
Controle Data worden niet onmiddellijk
verzonden maar wanneer het netwerk
vrij is (beter tegen overbelasting van
netwerk)
Meer controle over wanneer data
effectief wordt verzonden
24
25
4. Keuze van het protocol
De hardware die wordt gebruikt is Ethernet, daarnaast moet nog een protocol gekozen
worden, hiervoor zijn er verschillende mogelijkheden. In dit hoofdstuk worden er enkele
beschreven en wordt de keuze toegelicht.
4.1 PROFINET
PROFINET is de Ethernet variant van PROFIBUS en zijn onderling gemakkelijk te koppelen
via een proxy. PROFINET bevindt zich over verschillende lagen van het OSI-model wanneer
er gebruik wordt gemaakt van Real-time data.
Er zijn drie verschillende versies van het PROFINET protocol zoals weergegeven in figuur 6.
Elke versie is gebaseerd op het standaard ethernet.
Versies:
CBA (component Based Automation) Klasse A (2001);
RT (Real time) Klasse B (2004);
IRT (Isochronous Real Time) Klasse C (2005).
Opmerking: PROFINET International maakt geen gebruik meer van RT en IRT maar vat deze
samen onder de term PROFINET IO. [4]
Figuur 6: PROFINET [4]
Dit protocol is gekozen vanwege de brede toepasbaarheid, toekomstmogelijkheden en omdat
het ondersteund wordt door de meeste fabrikanten. PROFINET wordt vaak ook gekozen
omdat er dan gelijktijdig TCP/IP als real-time toepassingen kunnen draaien over dezelfde
kabel. Dit is niet mogelijk bij andere protocollen.
26
4.2 Ethernet/IP
Zoals te zien in onderstaande figuur is de opbouw tussen Ethernet/IP en PROFINET bijna
dezelfde als er enkel gebruik gemaakt wordt van de TCP/IP functies. Enkel in de
applicatielaag treden er dan verschillen op. Wanneer PROFINET met zijn volledige
functionaliteit gebruikt wordt, is dit niet het geval. Deze applicatielaag gebruikt dezelfde
applicaties als Devicenet, Controlnet en Componet maar dan op ethernet niveau. Dit omdat ze
allen samenvallen onder het beheer van de gebruikersvereniging ODVA.[6]
Figuur 7: Ethernet IP [6]
27
4.3 EtherCat
Alle toestellen op dit netwerk moeten voorzien zijn van een speciale ETHERCAT-chip.
Dankzij deze chip is de dataoverdracht bij ETHERCAT veel sneller dan bij de andere ethernet
toepassingen. PROFINET IRT zou deze snelheden ook kunnen halen wanneer er gewerkt
wordt de juiste componenten en switches.
Omdat men bij het versturen van slechts één ETHERCAT-frame alle slaves in één keer
aanspreekt wat bij de andere toepassingen buiten PROFINET niet mogelijk is. Hier moet men
één frame per slave versturen. Ook wordt er met dit ene frame zowel de ingangen ingelezen
als de uitgangen aangestuurd wat bij de andere toepassingen ook niet mogelijk is. Men kan
EtherCat zowat vergelijken met een trein die in één keer langs alle slaves rijdt en vervolgens
met de nodige informatie terug aankomt bij de master.
Bij EtherCat zijn er geen switches nodig omdat men de toestellen gewoon kan doorlinken.
Maar hierdoor kunnen er dan tegelijkertijd geen TCP/IP berichten worden verzonden van
bijvoorbeeld een camera. Dit is het grote nadeel van ETHERCAT, omdat alle toestellen een
ETHERCAT-chip moeten hebben. Dit is niet het geval bij PROFINET.
Dit protocol wordt wel volledig ondersteund door Omron maar enkel voor de nieuwe
generatie PLC’s. Er zijn dus geen communicatiekaarten beschikbaar voor de al aanwezige
PLC’s. Ook de meeste PLC’s van Phoenix ondersteunen dit protocol standaard nog niet.
Bij dit protocol is het nog niet mogelijk om data te loggen op een server. Omdat EtherCat een
alleenstaand netwerk is mag dit niet gekoppeld worden met het bedrijfsnetwerk, wat wel zou
kunnen met PROFINET.
In figuur acht wordt het gebruik van de protocollen weergegeven in procenten.[8]
Figuur 8: Protocollen [6]
28
4.4 Modbus/TCP
Modbus is een Client/server toepassing dat ook gebruik maakt van het standaard
ethernetframe. Een cliënt geeft een opdracht aan een server. Deze voert de opdracht eerst uit
en geeft daarna antwoord. Een station kan zowel cliënt als server tegelijk zijn en daarnaast
ook nog meerdere opdrachten tegelijk verzenden/bewerken. De server kan nooit zelf beginnen
communiceren met de cliënt. Tabel 3 geeft het OSI-model van Modbus weer. [7]
Tabel 3: Modbus TCP
Laag OSI-Model 7 Applicatie Modbus TCP 6 Presentatie / 5 Sessie / 4 Transport TCP 3 Netwerk IP 2 Data Link IEEE 802.3/IEEE 802.2 Ethernet 1 Fysieke 10/100 Base T
4.5 PROFIBUS
In tegenstelling tot de vorige protocollen maakt dit geen gebruik van ethernetbekabeling maar
van RS485 hardware, een kabel met twee aders, die met elke gebruiker via een specifieke
interface verbonden is. Deze hardware wordt ook toegepast in de opstelling omdat de PLC
van de drooginstallatie zo een communicatiekaart bezit.
Om communicatie met deze PROFIBUS-kaart te verwezenlijken wordt de kaart van de
Siemens PLC als master ingesteld. Natuurlijk is er dan ook een slave nodig.
Deze slave is een communicatiekaart die wordt geplaatst op de IL 330PN.
Aan de hardware van de drooginstallatie moet dus niets gewijzigd worden. Er moeten enkel
enkele kleine programmawijzigingen worden gedaan. [7]
29
5. Communicatie met de verschillende installaties
5.1 Communicatie met drooginstallatie
De PLC van de drooginstallatie is een CPU315-2DP van siemens. Deze PLC heeft een
geïntegreerde PROFIBUS netwerkkaart, deze kaart verzorgt de data-overdracht naar het
netwerk via het PROFIBUS protocol.
Deze communicatie wordt enkel gebruikt om data van de droger uit te lezen, de droger wordt
dus niet aangestuurd.
Hiervoor zijn er drie opties mogelijk:
Een nieuwe PROFINET communicatiekaart van Siemens, de CP343-1. Hierdoor kan
de PLC rechtstreeks communiceren met het netwerk via PROFINET omdat dit
systeem dan zowel een PROFIBUS als een PROFINET aansluiting heeft, waardoor
een Gateway functionaliteit ontstaat tussen PROFIBUS en PROFINET. Maar die
communicatiekaarten zijn behoorlijk duur.
Een andere mogelijkheid bestond er om gebruik te maken van een aparte gateway die
niet geïntegreerd is in de PLC. Deze gateway converteert het PROFIBUS signaal naar
een PROFINET signaal. Hiervoor kan er gebruikt gemaakt worden van bijvoorbeeld
de AB7652 van Anybus. Maar hiervoor lopen de kosten snel op.
Op de ILC 330PN kan een communicatiekaart voorzien worden voor PROFIBUS.
Deze kaart zorgt ervoor dat de data in het PROFIBUS protocol bruikbaar zijn in deze
PLC. De PROFIBUS connectie verloopt dus van de drooginstallatie naar de ILC
330PN. De droger is dan master van de ILC 330PN welke slave is.
Er is geopteerd voor de laatste optie. Omdat dit de meest prijsgunstige is. Hierdoor is de data
van de drooginstallatie ook beschikbaar in het programma van de ILC 330PN. Deze data kan
vervolgens worden weggeschreven in de database of worden gevisualiseerd. In figuur negen
wordt de CPU van de drooginstallatie afgebeeld.
Figuur 9: Siemens CPU315 [13]
30
5.2 Communicatie met de aanvoerinstallatie
De aanvoerinstallatie bezit een PLC van Omron, een CS1G cpu43h. Deze bezit nog geen
communicatiekaart.
Voor de communicatie is er geopteerd voor een PROFINET-communicatiekaart, de CS1W-
PNT21. Hierdoor verloopt de communicatie rechtstreeks via het netwerk zonder dat er
omzettingen nodig zijn. Deze PLC wordt hierdoor master van het PROFINET-netwerk. Dit is
een logische keuze omdat de aanvoerinstallatie van elke spuitgietmachine moet weten in
welke status deze is. Vervolgens kan hij het totale verbruik gaan berekenen en de droger aan
de hand van deze gegevens aansturen. Dit aansturen en berekenen wordt niet verder
behandeld in deze thesis omdat dit pas zal gebeuren in een later stadia.
5.3 Communicatie met de koelinstallatie
De PLC van de koelinstallatie, een CS1G-cpu42 van Omron bezit een communicatiekaart
voor ethernet, de ETN21. Deze is enkel geschikt voor het versturen van mails en
communicatie met andere ETN21 kaarten en ondersteund PROFINET dus niet. Het is wel
mogelijk TCP/IP berichten te sturen maar zal hier niet verder worden behandeld.
Deze kaart kan verder dus niet gebruikt worden van PROFINET. Omdat de data die moet
overgebracht worden beperkt is, is de aanschaf van een communicatiekaart een dure
oplossing. Daardoor wordt er hier tijdelijk gebruikt gemaakt van een standaard PROFINET
eiland en zal de data worden uitgewisseld door IO’s. Deze oplossing is slechts tijdelijk omdat
de koelinstallatie nog gewijzigd zal worden.
5.4 Communicatie met de spuitgietgietmachines
Deze machines hebben IO-kaarten die standaard bruikbare data naar buiten kunnen brengen.
Zo zijn er bijvoorbeeld uitgangen die de volgende statussen weergeven: manueel,
automatisch, alarm, cyclus einde en matrijs gesloten of open. Deze IO’s worden gekoppeld
aan een PROFINET IO-eiland en worden zo beschikbaar voor de PROFINET-master.
Deze eilanden zijn intern ook van een switch voorzien waardoor er twee ethernetkabels
kunnen op aangesloten worden. Hierdoor is het eenvoudig voor een volgend eiland bij aan te
koppelen op een volgende machine en moeten er minder extra switches worden gebruikt.
5.5 ILC 330PN
Deze PLC zal alle data van het netwerk verzamelen en visualiseren. Hij is wel niet de master
van het netwerk maar krijgt alle data toegestuurd van de PLC van de aanvoerinstallatie.
Omdat deze controller dan alle data beschikbaar heeft en in verbinding staat met de server zal
hij ook data loggen. Dit zal hij doen in een SQL-database op de server. Hiervoor zijn wel
speciale functiebouwstenen nodig, die moeten worden aangekocht. Deze bouwstenen kunnen
dus enkel worden gebruikt wanneer er een geldige sd-kaart met daarop de licentie aanwezig
is.
Ten slotte heeft deze PLC ook een PROFIBUS-kaart waarmee hij verbonden is aan de
drooginstallatie. Data van de droger zal hij dus krijgen via deze communicatie en dus niet via
PROFINET zoals bij de andere toestellen wel het geval is. Van dit PROFIBUS netwerk is de
ILC 330PN ook slave omdat de droger een belangrijkere functie heeft dan de ILC 330PN.
31
6. Visualisatie
6.1 WebVisit
De visualisatie van het machinepark vindt plaats doorheen de webbrowser van de ILC 330PN.
De webpagina’s van de webbrowser kunnen geconfigureerd worden met behulp van speciale
software, WebVisit. Op deze pagina’s wordt alle data weergegeven en gevisualiseerd. Omdat
er gebruik gemaakt wordt van een netwerk, heeft deze controller toegang tot alle data van het
netwerk en kan deze data dus eenvoudig opgehaald en vervolgens gevisualiseerd worden.
6.2 CX-supervisor
Een andere oplossing is de CX-supervisor software van Omron. Dit SCADA pakket kan
zowel dataloggen als visualiseren. Het nadeel is echter wel dat het maar vanaf één pc
toegankelijk is enkel waarop deze geïnstalleerd is.
Een ander nadeel bij het loggen, is dat wanneer de software niet actief is, er niet wordt gelogd.
De data moet dus worden bijgehouden in het geheugen van de controller wat ook beperkt is.
Een voordeel is dat de data rechtstreeks vanuit de controllers kan gelezen worden waardoor
een ILC 330PN overbodig is. Maar de prijs van deze ILC 330PN is beduidend minder dan de
kosten voor dit pakket.
32
33
7. Datalogging
De datalogging gebeurd in een SQL-database op de server binnen het bedrijf. Het schrijven
van data naar deze server vindt plaats via de ILC 330PN. Deze maakt gebruik van speciale
bouwstenen die tabellen binnen deze server aanmaken met bijbehorende datum en tijd. Het
schrijven van data in deze tabellen moete gebeuren via de SQL-commando’s. In figuur 10
wordt de verbinding van de ILC 330PN met de database en het netwerk weergeven.
Figuur 10: Datalogging [9]
7.1 SQL
Structured Query Language (SQL) is een gestandaardiseerde taal voor het benaderen van
database management systemen. De meeste moderne databases ondersteunen vrijwel allemaal
SQL. Met SQL-commando’s kan men bijvoorbeeld enerzijds gegevens op een bepaalde plaats
wegschrijven in een tabel of anderzijds bepaalde data uitlezen uit de tabel. Voor het
opbouwen van deze commando’s wordt er gebruik gemaakt van speciale functiebouwstenen
die via een SD-kaart kunnen worden gebruikt in de PLC.
7.2 Database
De database is geprogrammeerd in Microsoft SQL en bevindt zich op de server binnen het
bedrijf. De data hierop worden voornamelijk gebruikt voor het opvolgen van het onderhoud.
Later zullen deze data meer hun toepassing gaan vinden voor het management. Maar dit wordt
in deze thesis niet verder behandeld.
34
35
8. Robot
De robot welke al aanwezig was in het bedrijf is in het bezit van 20 DI en 20 DO die vrij
programmeerbaar zijn.
De robot wordt extern gestuurd door een PLC (de ILC 151ETH). Deze geeft de robot
commando’s zoals: welk programma hij moet uitvoeren en wanneer hij moet starten.
Ook wordt hierbij rekening gehouden met de veiligheid. De veiligheid van de robotcel wordt
verwezenlijkt d.m.v. de SafetyBridge technologie van Phoenix Contact.
De cel wordt bewaakt met: een laserscanner, een deurvergrendeling, twee noodstoppen en de
terugkoppeling van de veiligheidskring van de robot.
Verder bevat de veiligheidskring nog veiligheidsrelais en een signaaltoren, dit alles is
geplaatst achter een veiligheidshek.
Om programmakeuze te vereenvoudigen is er bij de robotcel ook een panel-PC voorzien.
Deze geeft ook alarmmeldingen weer.
Het robotprogramma zelf is deels geschreven door een collega. Dit programma moet nu
worden aangepast voor de communicatie alsook voor de veiligheidskring omdat er met deze
parameters nog geen rekening was gehouden. Verder moeten de posities opnieuw geteached
worden omdat de robot verplaatst is.
36
8.1 Risicoanalyse robotcel
8.1.1 Normen machineveiligheid
De Europese normen zijn ingedeeld in drie verschillende types:
A-normen: algemeen en van toepassing op alle machines
o EN 12100-1 & 2: veilig ontwerpen
o EN ISO 14121-1: risico analyse
B-normen: specifieke veiligheidsmiddelen en ergonomische aspecten
o EN ISO 13850: noodstop
o EN 999: veiligheidsafstanden
o EN-ISO 13857: veiligheidsafstanden, dimensionering en plaatsing afscherming
o EN IEC 60204-1: elektrische machines
o EN IEC 62061-1: besturingstechnische veiligheid via Safety Integrity Levels
o EN ISO 13849-1: besturingstechnische veiligheid via Performance Levels
o EN 954-1: besturingstechnische veiligheid via veiligheidscategorieën
(verouderd)
o EN 1088: Blokkeerinrichtingen gekoppeld aan afschermingen
o EN 61508: functionele veiligheid van elektrisch programmeerbare
veiligheidssystemen
C-normen: specifieke machines
o EN 775: robots
[3]
Figuur 12 geeft de A, B en C normen grafisch weer.
Figuur 11: Normen driehoek [3]
37
Vergelijking van de bestaande (oude) norm met de nieuwe normen
- In norm EN 954-1 wordt de bepaling van de veiligheidscategorie uitsluitend gebaseerd op
systeemgedrag (architectuur). Met andere woorden, er wordt enkel een kwalitatieve
beoordeling gemaakt.
Bij de nieuwe normen, EN ISO 13849-1 en IEC 62061, wordt de veiligheidscategorie bepaald
op basis van systeemgedrag, gecombineerd met de betrouwbaarheid (faalkans) van de
gebruikte componenten. Met andere woorden, er gebeurt niet enkel een kwalitatieve, maar
ook een kwantitatieve beoordeling.
Norm EN 954-1 gebruikt uitsluitend categorieën.
Norm EN ISO 13849-1 gebruikt tevens een Performance Level (PL).
Norm IEC 62061 gebruikt de Safety Integrity Levels (SIL). [3]
38
8.1.2 Toetsen PL
Voor het behalen van het juiste Performance Level moet er aan een aantal eisen worden
voldaan:
Eisen aan de architectuur: bepaald door de oude veiligheid categorieën uit de NEN
954-1.
Eisen aan de betrouwbaarheid MTTFd (Mean Time to Dangerous Failure).
Eisen aan de diagnose DC (Diagnostic Coverage): fouten detecteren voordat ze
gevaarlijk worden.
Eisen voor de CCF (Common Cause Failure): bij redundante systemen dient men te
voorkomen dat 1fout leidt tot een verlies van beide kanalen.
Systematische Integriteit (‘Good Engineering Practices’). [3]
Doormiddel van figuur 12 kan het PL-level worden bepaald.
Figuur 12: Keuze Pl. [2]
[2]
39
8.1.3 Omschrijving gebruiksdomein
Robot De robot heeft zes assen en is van het merk ABB type IRB6400. De volgende figuur geeft de
verschillende assen van de robot weer.
Figuur 13: Robot [10]
Werking
De robot moet de zakken van het palet nemen met een vacuüm zuiger. Hierna zal hij deze
opsnijden over een mes waarna hij deze zak nadien kan leegmaken in de aanvoerbak.
De zakken worden toegevoerd op een pallet door de magazijnier. Wanneer dit gebeurd mag
de robot niet in werking zijn om de veiligheid te kunnen garanderen.
Ook wanneer er onderhoud aan de robot plaatsvindt mag deze enkel werken aan gereduceerde
snelheid.
Hoofdonderdelen
Robot
Robotsturing
Aanvoerbak
Mes
Palet met zakken
Hekwerk
40
8.1.4 Risicoanalyse
Bepalen grenzen
Ref. Beschrijving Opmerking
1 Ruimtelijke grenzen
1.
1
Locatie van de machine: ·Binnen
1.
2
Bestaat de machine uit verschillende
onderdelen? Ja
*Robot
*Messen (2x)
*Toevoerbakken (2x)
1.
3
Beoogd gebruik, functionaliteit van de
machine.
Industrieel
Opnemen en openen van zak, vervolgens zak
uitkiepen in bak
1.
4
Voldoende bewegingsruimte aanwezig
voor
operatoren?
Ja
Tijdens normale productie komen de operatoren
niet binnen het veiligheidshek.
Enkel voor toevoeren van voorraad en
onderhoud van machine.
1.
5
Worden andere personen dan de
operatoren aan de gevarenzone
blootgesteld?
Nee
Normalerwijze worden enkel de operatoren (en
eventueel de onderhoudstechniekers) aan de
gevarenzone blootgesteld.
41
2 Gebruikersgrenzen
2.1 Door wie wordt de machine bediend? De installatie dient bediend te worden door
volwassen operatoren, met normaal
reactievermogen.
Aan de installatie worden geen minderjarige
personen als mindervalide personen tewerk
gesteld.
Onderhoud en interventies worden door
daarvoor opgeleide personen uitgevoerd.
2.2 Opleidingsniveau van de operatoren: ·-
Opleiding bij indiensttreding
- Jaarlijkse evaluatie
Algemene veiligheidsopleiding bij
indiensttreding.
Onder begeleiding van ervaren operatoren.
Instructies zijn aanwezig.
2.3 Is iedere operator op de hoogte van?
- Productieproces: Ja
- Gebruikersinstructies: Ja
- Gevaren: Ja
2.4 Wanneer wordt de machine gebruikt?
Volcontinue
2.5 Wat zijn de gebruiksfasen van de
machine?
- Productie
- Onderhoud
- Reiniging
- Inspectie
- Afbraak/Opbouw
2.6 Hebben er al ongevallen plaats
gevonden? Ongevallenfrequentie?
Het betreft een nieuwe machine
42
Identificatie latente gevaren
Robot
Gevaarlijke situatie
Slagen en stoten t.g.v. snelle, bruuske bewegingen robot
Grijpen door grijparm bevestigd aan robot
Op hol slaan robot (niet volgen program taken)
Klemmen, verbrijzelen tussen robot & omgeving
Allerlei gevaren door onderhoud/testen
Messen
Gevaarlijke situatie
Snijden aan mes
Toevoerbakken
Gevaarlijke situatie
Stoten aan kant
Snijden aan scherpe kanten bak
Gekneld raken tussen bak en deksel
Slagen en stoten t.g.v. losgeslagen persluchtleidingen
Elektrische installatie
Gevaarlijke situatie
Directe aanraking van elektrische componenten onder spanning
Indirecte aanraking van geleidende delen onder spanning door storing
Niet meer kunnen stoppen door enkelvoudige fout in besturingssysteem
.
43
Risico inschatting Door gebruik te maken van onderstaand schema kan de risico-index van elke gevaarlijke
situatie worden bepaald.
Figuur 14: Risico inschatting [2]
Robot
Gevaarlijke situatie Mogelijke gevolgen S E O A Risico
index
Slagen en stoten t.g.v. snelle, bruuske
bewegingen robot
Ernstige
verwondingen
2 2 3 2 6
Grijpen door grijparm bevestigd aan robot Allerlei 2 2 2 2 5
Op hol slaan robot (niet volgen program taken) Ernstige
verwondingen
2 2 1 2 4
Klemmen, verbrijzelen tussen robot &
omgeving
Ernstige
verwondingen
2 2 1 2 4
Allerlei gevaren door onderhoud/testen Ernstige
verwondingen
2 1 2 2 3
Messen
Gevaarlijke situatie Mogelijke gevolgen S E O A Risico index
Snijden snijwonden 2 2 2 1 4
Toevoerbak
Gevaarlijke situatie Mogelijke gevolgen S E O A Risico
index
Stoten aan kant kneuzing 1 2 2 1 1
Snijden aan scherpe kanten bak Kleine sneden 1 2 2 1 1
Gekneld raken tussen bak en deksel
Lichte
verwondingen
1 1 2 2 1
Slagen en stoten t.g.v. losgeslagen
persluchtleidingen
Allerlei
verwondingen
1 1 2 2 1
44
Elektrische installatie
Gevaarlijke situatie Mogelijke gevolgen S E O A Risico index
Directe aanraking van elektrische
componenten onder spanning
Brandwonden
Elektrocutie/Dood
2 1 1 2 2
Indirecte aanraking van geleidende delen
onder spanning door storing
Brandwonden
Elektrocutie/Dood
2 1 1 2 2
Niet meer kunnen stoppen door
enkelvoudige fout in besturingssysteem
Allerlei verwondingen 2 1 1 2 2
Risico evaluatie en reductie
Gevaarlijke situatie Risico
index
Oplossing
1 Slagen en stoten t.g.v. snelle, bruuske
bewegingen robot
6 Hekbewaking met vergrendeling +
laserscanner
2 Grijpen door grijparm bevestigd aan robot 5 Hekbewaking met vergrendeling +
laserscanner
3 Op hol slaan robot (niet volgen program
taken)
4 Hekbewaking met vergrendeling +
laserscanner
4 Klemmen, verbrijzelen tussen robot &
omgeving
4 Hekbewaking met vergrendeling +
laserscanner
5 Snijden aan mes 4 * Handschoenen
* Opleiding
* Pictogram
6 Allerlei gevaren door onderhoud/testen 3 * Handschoenen
* Veiligheidsschoenen
* Opleiding
* Pictogram
De situatie met het hoogste risico index wordt gebruikt om het PL-level te bepalen. Uit figuur
12 kan dan worden afgeleid dat het te behalen PL-level hier ‘e’ is.
45
8.1.5 Overzicht en beschrijving van het veiligheidsconcept
Hekwerk De volledige productieruimte wordt afgesloten door middel van een hek. In het hek zijn nog
twee deuren voorzien. Dit hek moet worden verankerd zodat manipulatie niet mogelijk is.
Bepalen afmetingen hek
Het hek wordt ver buiten het werkbereik van de robot geplaatst zodat er zeker geen
veiligheidsrisico’s kunnen optreden.
Uit de tabel vijf, kan de mazengrootte bepaald worden. Er is gekozen voor en
mazengrootte van 3cm op 5cm zodat men er enkel met vingers doorheen kan en nooit
met een hele hand.
Het hek wordt geplaatst tot op de grond. Veiligheidsafstanden voor de onderste
ledenmaten is hier dus niet nodig.
De robot heeft een werkbereik tot 2m60 hoog en de afstand van het hek tot aan de
machine is zeker groter dan 800mm. Maar er is toch geopteerd voor een hekwerk van
2m40 hoog om zeker geen risico’s te nemen. Zie tabel vier.
46
Tabel 4: Hoogte afscherming [2]
Tabel 5: Mazen afscherming [2]
47
Vergrendelingen De productieruimte is nog toegankelijk via twee deuren. Deze deuren zijn tijdens de werking
van de machine vergrendeld via een veiligheidsvergrendeling. De deur wordt dan
dichtgehouden met een kracht van +- 2000N. Wanneer de deur geopend is kan de robot niet
starten. De vergrendeling wordt gemonitord of deze open/gesloten en of vergrendeld is.
Onderstaande figuur geeft de vergrendeling weer.
Figuur 15: Vergrendeling [18]
Deur
Type MGB-L2-ARA-AM3A1-M-R
Fabrikant Euchner
Pl. e
Aantal 2
Muting lamp Deze geeft weer in welke werkingstoestand de robot zich bevindt.
Figuur 16: Muting lamp [11]
Muting lamp
Fabrikant Phoenix
Aantal 1
Contactoren Deze schakelen alles zonder spanning in geval van een noodstop of veiligheidstop. Deze
relais hebben geleide contacten, zijn 4-polig uitgevoerd en zijn conform met EN50205 en
EN61810-1. Contactoren
Type G7SA_3A1B
Fabrikant Omron
Pl. e
Aantal 3
48
Noodstop Uit onderstaande tabel kan afgeleid worden hoeveel noodstoppen er maximaal gebruikt
mogen worden per veiligheidsrelais voor een bepalend performance level. Om level e te halen
mogen er maximaal drie noodstoppen geplaatst worden. De noodstopen die worden gebruikt
zijn ingebouwd in de vergrendelingsmodule van de deur. Deze noodstoppen worden
aangestuurd via puls uitgangen en kunnen zo gemonitord worden op kabelbreuk.
Noodstop
Type
Fabrikant Euchner
Pl. e
Aantal 2
Veiligheidsscanner Deze laserscanner zal voortdurend de robotcel scannen. Wanneer deze scanner iets detecteert
zal deze een fout geven. Hierdoor gaat de machine in veiligheid. De zone waarin de
scanner moet scannen moet geconfigureerd worden. Hij heeft een bereik voor een
veiligheidszone met een straal van 4m en een waarschuwingszone van 15m. De scanner heeft
wel maar een d als PL-level maar wordt hier enkel gebruikt als extra beveiliging. Zonder deze
scanner wordt het veiligheidsniveau ook behaald, omdat het hekwerk volledig gesloten is en
de deurvergrendeling dit ook verzekerd.
Figuur 17: Laserscanner [11]
Laserscanner
Type OS32C
Fabrikant Omron
Pl. d
Aantal 2
Tabel 6: Aantal noodstoppen per kring [19]
49
Configureerbare veiligheidsmodule met SafetyBridge technologie Door gebruik te maken van deze technologie hoeft er geen safety-PLC meer te gebruikt te
worden. Enkel deze speciale safety modules samen met een PLC van Phoenix zijn dan
voldoende. Doordat deze module dus rechtstreeks is aangesloten op een controller, maakt het
gebruik van andere ingangen in het safety-programma zeer eenvoudig mdat het safety-
programma wordt bewaard in de PLC. Het is ook mogelijk om safety ingangen te gebruiken
op een andere plaats met behulp van PROFINET of een ander protocol omdat het netwerk
onafhankelijk is. Figuur 18 is een afbeelding van een SafetyBridge-module en figuur 19 is een
voorbeeld van een configuratie van SafetyBridge-modules.
Figuur 18: SafetyBridge module [9]
Configureerbare veiligheidsmodule
Type IB IL 24 LPSDO 8 V3 (uitgangen)
IB IL 24 PSDI 8-PAC (ingangen)
Fabrikant Phoenix
Pl. e
Aantal 1
Figuur 19: SafetyBridge netwerk [15]
50
8.1.6 Controle via SISTEMA
SISTEMA (Safety Integrity Software Tool for the Evalution of Machine Applications) is een
softwaretool voor het bereken van het PL-level. SISTEMA is ontwikkeld door het Institut für
Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) en is een gratis software.
In deze software wordt eerst het PL-level van de installatie bepaald samen met de
verschillende gevaren. Hierna moeten alle onderdelen die moeten bijdrage aan de veiligheid
worden toegevoegd vanuit de bibliotheken die men kan inladen en dit per risico. De software
bepaalt dan of deze maatregel voldoende is of niet. Per risico moet er een ingangsmodule zijn
die het gevaar controleert, een logicamodule en een uitgangsmodule die de installatie in
veilige status moet brengen. In onderstaande figuur is een voorbeeld weergegeven en in de
bijlage vindt u het volledige verslag.
Figuur 20: SISTEMA
51
9. Kostenanalyse
9.1 Prijslijst
Tabel 7: Kostenanalyse
product code fabrikant # prijs prijs2 commentaar gebruikt voor
0
PROFINET communicatiemodule CS1W-PNT21 Omron 1 935 935 PROFINET Io-module PLC piano PROFINET
connectiekabel CS1W-CN713 Omron 1 102,6 102,64 0,3m kabel connectie tussen racks
uitbreidingsrack CS1W-BI053 Omron 1 230,2 230,22 5 slot rack extra rack
0
ILC 330 PN 2988191 Phoenix 1 1139 1138,9 PLC PROFINET master netwerk
IB IL PB MA-PAC 2700630 Phoenix 1 284,9 284,89 communicatiemodule PROFIBUS koppelen drooginstallatie
CF FLASH 256MB APPLIC A 2988793 Phoenix 1 205,9 205,93 licentie SQL datablokken SQL
0
fl switch smn 8tx-pn 2989501 Phoenix 2 664,9 1329,88 switch 8 poorten
koppelen modules
PROFINET
0
IL PN BK DI8 DO4 2TX-pac 2703994 Phoenix 2 291,8 583,64
kopstation PROFINET 8DI &
4DO inlezen data machines
0
ILC 151 ETH 2700974 Phoenix 1 545 545 kopstation PROFINET besturing robot
IB IL RS 232-PRO-PAC 2878722 Phoenix 1 277 277 rs232 seriële verbinding HMI
IB IL 24 DI 4-ME 2863928 Phoenix 3 87,68 263,04 4DI inlezen uitgangen robot
IB IL 24 DO 4-ME 2863931 Phoenix 3 99,1 297,3 4DO aansturen ingangen robot
IB IL 24 LPSDO 8 V3-PAC 2701625 Phoenix 1 416,6 416,56 logic module + 8 safety out safety robot
IB IL 24 PSDI 8-PAC 2985688 Phoenix 2 213,5 427 8 safe-in of 4in 2-kanaals safety robot
relais G7SA_3A1B Omron 3 16,58 49,74 met geleidende contacten veiligheidscircuit robot
voet relais P7SA-10F-ND Omron 3 48 144 din rail veiligheidscircuit robot
Laserscanner OS32C Omron 1 2600 2600 Safety scanner veiligheidscircuit robot
0
PROFIBUS connector 2708245 Phoenix 2 39,47 78,94 connector PROFIBUS kabel koppelen drooginstallatie
PROFIBUS kabel 6463 VI005 alpha wire 1 140,5 140,53 PROFIBUS kabel 30m koppelen drooginstallatie
Voeding Phoenix 2 321 642 voeding PLC elektrische kast
Signaatoren patlite 1 200 200 signaaltoren safety robot
hoofdschakelaar Eaton 2 19,2 38,4 1 fasige hoofdschakelaar elektrische kast
automaat Schneider 4 15,35 61,4 beveiliging elektrische kast
elektrische kast Rittal 2 85,66 171,32 600x600x210 elektrische kast
0
Nexom APPC 1230T Nexom 2 927 1854 HMI Visualisatie
12617,33
De robot, hekwerk en deurvergrendelingen waren al aanwezig.
52
9.2 Analyse van andere opties
Wanneer er gekozen was om de communicatie met de Siemens via PROFINET te
realiseren. Moet er een PROFINET-kaart worden toegepast die +- 1200 euro kost. De
toegepaste PROFIBUS-module kost 284 euro. Dit zou 900 euro extra kosten
opleveren zonder dat er rekening gehouden is met kabels en connectoren. Deze zijn
wel duurder voor PROFIBUS.
SCADA pakket CX-supervisor:
Bijkomende kosten Prijs (euro) Verminderde kosten Prijs (euro)
CX-supervisor +3000 ILC 330PN -1183
Communicatiekaart Siemens
+1200 PROFIBUS kaart Phoenix -284
Extra pc met PROFINET communicatiekaart
+1500 Datablokken -205
Deze optie zou 4100 euro duurder zijn omwille van het software pakket.
Robot uitvoeren met safety PLC
Bijkomende kosten Prijs (euro) Verminderde kosten Prijs (euro)
Safety CPU 425 Safety bridge module 416
Software safety 405 2 x Safety ingangen 427
communicatiekaart 215 PLC 151 ETH 545
2 x extra in - en uitgangen 320
Het gebruik van een safety PLC in plaats van de SafetyBridge module is qua prijs
hetzelfde. Maar de SafetyBridge modules zijn gebruiksvriendelijker en de
communicatie kan rechtsreeks gebeuren met PROFINET dat met de PLC niet
mogelijk is.
53
10. Praktisch
10.1 Netwerkopbouw
Onderstaande figuur geeft de netwerkopbouw weer. De ILC 330PN is de PLC die de
visualisatie en de datalogging verzorgt, deze is ook de slave van het PROFIBUS-netwerk. De
twee Nexoms zijn de panel-pc’s die de visualisatie weergeven, één voor de robot en één voor
het machinepark. De Arburg is één van de spuitgietmachines en is slechts één maal
weergegeven, in realiteit is dit meerdere malen.
Figuur 21: Netwerkopbouw
10.2 Elektrische schema’s & kastopbouw
De elektrische tekeningen zijn gemaakt in Eplan. De tekeningen zijn te vinden in de bijlages.
Er zijn twee elektrische kasten voorzien. Eén voor de besturingen en de veiligheidskring van
de robot en één centrale kast waarin de ILC 330PN wordt geplaatst.
Beide kasten zijn bekabeld en gemonteerd binnen het bedrijf.
54
10.3 Instellingen PLC aanvoerinstallatie
Aan deze PLC wordt eerst een uitbreidingsrack toegevoegd omdat de eerste rack volzet is.
Vervolgens wordt hierop de CS1W-PNT21 PROFINET-kaart toegevoegd. Deze PLC zal
hierdoor master worden van het PROFINET-netwerk.
10.3.1 Unitnummer
Dit nummer moet worden ingesteld op de CS1W-PNT21 kaart van de aanvoerinstallatie. Dit
getal geeft aan welke CPU bus unit dit is. Per CPU mogen er maximaal 16 worden geplaatst
waarvan maximum vier ethernet modules. Omdat dit de eerste communicatiekaart is wordt het
nummer hier ingesteld op één. [1]
10.3.2 Nodenummer
Dit kan op twee manieren ingesteld worden:
Het laatste cijfer van het IP-adres is gelijk aan het nodenummer.
Een verschillend cijfer dan het laatste cijfer van het IP-adres wordt ingesteld.
Voor de laatste instelling zijn er conversietabellen nodig, dit wordt hier niet gebruikt, de PLC
wordt op de eerste manier ingesteld.
Opgelet het nodenummer moet hexadecimaal ingesteld worden op de PLC, dit is dus niet
hetzelfde als decimaal.
Bv.: IP adres 192.168.0.52 nodenummer decimaal wordt dan 52 hexadecimaal 34.
De schakelaar x16^1 wordt dan 3 en schakelaar x16^0 wordt 4. [1]
Figuur 22: Instelling nodenummers [1]
55
10.3.3 Configuratie CS1W-PNT21
In het programma van de aanvoerinstallatie moet in de IO-table deze kaart worden
toegevoegd en vervolgens worden gedownload naar de PLC. De IO-table kan worden gezien
als een soort hardware configuratie, zie figuur 23.
Figuur 23: IO-Table
Nadien moet de volledige netwerkconfiguratie worden ingesteld met behulp van CX-
Configurator. Als eerste moet de CS1W-PNT21 kaart worden toegevoegd. Ten tweede wordt
de PLC setup en het IP-adres ingesteld. Als derde worden de slaves aan het netwerk
toegevoegd. Hierna kan hun IP-adres worden ingesteld of kunnen deze rechtstreeks worden
toegevoegd door een netwerkscan uit te voeren en deze vervolgens toe te voegen aan het
project. Ten slotte kan het geheel worden gedownload naar de master. Eventueel kan er
nadien nog een diagnose worden uitgevoerd met behulp van het diagnose-menu.
Figuur 24: CX-Configurator
56
10.4 Configuratie PROFIBUS
Deze communicatiemodule die zich bevindt op de ILC 330PN is slave en wordt verbonden
met de Siemens die als master wordt ingesteld. Voor deze configuratie moet er gekozen
worden hoeveel woorden data er wordt uitgewisseld alsook de snelheid hiervan. Er is hier
gekozen voor 48 woorden, dit moet ingesteld worden met behulp van de dipswitches op de
zijkant van de module. Met deze switches wordt ook bepaald of de module gebruikt wordt als
Master of als Slave. Verder moet ook de snelheid, het formaat en de opstartmethode worden
ingesteld. Onderstaande tabel geeft weer hoe de switches ingesteld zijn.
Tabel 8: Switch toestanden
Switch ON/OFF ON-toestand OFF-toestand
1 ON DP-slave DP-master
2 OFF Manuele opstart Automatische opstart
3 OFF Gereserveerd Gereserveerd
4 OFF Gereserveerd Gereserveerd
5 OFF Motorola formaat Intel formaat
6 OFF Configuratie aantal woorden Configuratie aantal woorden
7 ON Configuratie aantal woorden Configuratie aantal woorden
8 OFF Configuratie aantal woorden Configuratie aantal woorden
9 OFF Configuratie aantal woorden Configuratie aantal woorden
10 OFF 2 Mbaud snelheid 500 Kbaud snelheid
Naast het instellen van deze schakelaars moet er ook in de hardware configuratie gekozen
worden voor de juiste toestellen zowel in PC Worx als in step7, in figuur 23 is de hardware
configuratie te vinden in PC Worx De slave-module wordt samengesteld uit twee
verschillende delen, de keuze hiervan bepaald het aantal woorden dat wordt uitgewisseld. Dit
moet hetzelfde zijn als bij de instelling van de switches. In tabel 9 wordt weergeven welke
combinaties er mogelijk zijn.
Vervolgens moet de GSD-file van de slave worden geïnstalleerd in Step7. Nadien moet deze
slave aan de hardware-configuratie worden toegevoegd en moeten ook hier weer de juiste
modules worden gekozen voor een juist aantal woorden aan data te verkrijgen, dit is te zien in
figuur 24. Vervolgens moet aan elke deelnemer een uniek PROFIBUS-adres worden
toegekend, de Master krijgt hier adres twee en de slave drie. Ten slotte moet de configuratie
gecompileerd en gedownload worden. De data kan hierna naar de slave worden geschreven
door de uitgangen te gebruiken die zijn toegewezen.
57
Tabel 9: Hardware instellingen Profibus [17]
PD-Words Bits Description file
8 128 SUPI1: IB IL PB-MA-PAC 1st (Master) ID 221 PD 192 SUPI2: IB IL PB-MA-PAC 2nd ID 191 PD 128
16 256 SUPI1: IB IL PB-MA-PAC 1st (Master) ID 221 PD 192 SUPI2: IB IL PB-MA-PAC 2nd ID 191 PD 256
24 384 SUPI1: IB IL PB-MA-PAC 1st (Master) ID 221 PD 192 SUPI2: IB IL PB-MA-PAC 2nd ID 191 PD 384
32 512 SUPI1: IB IL PB-MA-PAC 1st (Master) ID 221 PD 192 SUPI2: IB IL PB-MA-PAC 2nd ID 191 PD 512
48 768 SUPI1: IB IL PB-MA-PAC 1st (Master) ID 221 PD 448 SUPI2: IB IL PB-MA-PAC 2nd ID 191 PD 512
56 896 SUPI1: IB IL PB-MA-PAC 1st (Master) ID 221 PD 448 W 56 SUPI2: IB IL PB-MA-PAC 2nd ID 191 PD 512
Figuur 25: Slave configuratie PC Worx
Figuur 26: Slave configuratie Step7
58
10.5 Configuratie SafetyBridge module
Bij de configuratie van de SafetyBridge modules moet als eerste de dipswitches worden
ingesteld, zowel bij de master als bij de slave. De snelheid wordt ingesteld op 500 Kbaud en
moet zowel overal hetzelfde worden ingesteld. De volgende instelling is het eilandnummer
van de master. Dit is te configureren via schakelaars 5-9 en moet hexadecimaal worden
ingesteld. De slaves die bij deze master horen krijgen hetzelfde nummer. Schakelaars 0-4
stellen het satellietnummer voor en moeten op de master op OFF staan. Bij de slaves wordt dit
bepaald door de plaats waarop deze staan. Zo krijgt slave één op positie één nummer één en
zo verder, deze adressen moeten hexadecimaal worden ingesteld. In onderstaande figuur
worden de schakelaars weergegeven en in de tabel staat een voorbeeld van de instellingen
weergegeven.
Figuur 27: Dipswitches [15]
Tabel 10: Instelling switches [15]
59
10.6 Hardware configuratie en programma van Siemens
Hardware configuratie Omdat er in de PLC van de drooginstallatie nog geen PROFIBUS netwerk was
geconfigureerd, moet de hardware configuratie worden aangepast. De Siemens PLC zal nu als
master worden ingesteld van een PROFIBUS netwerk. Dit moet worden ingesteld in de
hardware-instellingen van de CPU bij operating mode, zie figuur 26.
Figuur 28: Instellen master
Vervolgens moet ook het PROFIBUS-adres worden ingesteld, hier twee zoals te zien is in
figuur 27. Hierna wordt een PROFIBUS-netwerk gemaakt in de configuratie. Vervolgens
moet de GSD-file van de slave worden geïnstalleerd en wordt deze slave gekoppeld aan het
netwerk, zie figuur 28. Vervolgens moet de slave nog worden samengesteld uit modules. Ten
slotte wordt het geheel gecompileerd en gedownload naar de PLC.
Figuur 29: PROFIBUS-adres
60
Figuur 30: Hardware Siemens
61
Programma Omdat er nu een PROFIBUS-netwerk toegevoegd is, wordt ook OB 87 ingevoegd, deze zal
ervoor zorgen dat wanneer de master of een slave offline is, de PLC niet in fout toestand gaat.
Vervolgens wordt een nieuwe FC aangemaakt waarin de data via “move functies” naar de
slave zal worden gekopieerd zoals te zien is in figuur 29. Deze FC moet worden opgeroepen
in bijvoorbeeld OB1.
Figuur 31: Move functie
62
10.7 Visualisatie
De visualisatie is volledig geprogrammeerd met WebVisit. Dit is een softwarepakket van
Phoenix Contact en zet het geprogrammeerde programma om in een webpagina. Deze
webpagina kan vervolgens worden geraadpleegd via een standaard webbrowser. De
webpagina bevindt zich op de PLC en kan dus worden geraadpleegd door het IP-adres van de
controller in de browserbalk in te geven. Bv. http://192.168.1.100
10.8 Datalogging
Het loggen van de data verloopt via de ILC 330PN. Deze zal de data wegschrijven in de
database op de server. Hiervoor gebruikt de controller functiebouwstenen zoals te zien in
figuur 31. Via deze bouwstenen wordt er connectie gemaakt, een dataset aangemaakt, data
geconverteerd, data weggeschreven en ten slotte wordt de connectie terug afgesloten. Voor de
connectie zijn de volgende gegevens nodig: IP-adres van de server, IP-poort, DB-naam,
gebruikersnaam en wachtwoord. Met deze gegevens kan de functiebouwsteen uit figuur 30
een connectie maken.
Omdat er met een SQL-database wordt gewerkt moet er wel gebruik gemaakt worden van
SQL-commando’s voor het wegschrijven van data en het aanmaken van tabellen. Een aantal
voorbeelden van deze commando’s zijn bv.:
aanmaken van tabel: CREATE TABLE tabel1 (ID int, Check bool);
wegschrijven data: INSERT INTO tabel1 VALUES (25, true).
Figuur 32: SQL-functiebouwsteen
63
10.9 Robotcel opbouw
De robotcel is opgebouwd zoals te zien is in onderstaand schema. Noodstoppen en
resetknoppen zijn geïntegreerd in de deurvergrendeling verder is alles opgebouwd binnen een
veiligheidshek en zijn de elektrische componenten ondergebracht in een elektrische kast.
Figuur 33: Robotcel opbouw
10.9.1 Programmatie laserscanner
Vermits de laserscanner bepaalde gebieden bewaakt, moeten deze zones ook aangeleerd
worden. Dit gebeurt met de meegeleverde software. Hiermee worden alle parameters en
uitgangen geconfigureerd alsook de verschillende zones. De zones waarin de pallet en de
robot staan zijn vaste obstakels, deze moeten worden aangeleerd anders zal de scanner een
noodstop uitvoeren, wat niet de bedoeling is. De rest van de omgeving binnen het hek is wel
een gevaarlijke zone, zoals aangeven in onderstaande figuur.
Figuur 34: OS32C programmatie
64
10.9.2 Aansluitingen deurvergrendeling
De vergrendelingen worden aan- en uitgestuurd met behulp van een signaal vanuit de safety-
modules. Verder bevatten de vergrendelingen twee drukknoppen, twee signaallampen en een
noodstop. Deze moeten elk worden aangesloten op de PLC zodat ze in het programma kunnen
worden gebruikt.
De knoppen zullen worden gebruikt als reset- en vergrendelingsknop. De signaallampen
geven de toestand van de vergrendeling weer.
Ten slotte worden beide modules met elkaar gekoppeld via de safety in- en uitgangen. Deze
uitgangen worden ook gekoppeld met safety-module.
Figuur 33 en 34 geven de elektrische schema’s van de modules weer.
Figuur 35: Aansluiting knoppen deurvergrendeling [12]
Figuur 36: Veiligheidscircuit Euchner [12]
65
10.9.3 Veiligheidscircuit robot
De robot heeft inwendig zelf ook een veiligheidskring zie figuur 35-37. Deze moet
onderbroken worden door het uitwendig circuit. Hiervoor zijn er aansluitklemmen voorzien
die het inwendigcircuit naar buiten brengen.
Figuur 37: Complete veiligheidskring robot [16]
Figuur 38: Noodstopkring robot [16]
66
Figuur 39: Motorkring robot [16]
67
10.9.4 Programmatie robot
De robot wordt gestuurd door een externe PLC welke ook de SafetyBridge modules bevat.
Waardoor de programmakeuze tussen de verschillende sub-programma’s via deze PLC moet
gebeuren. Hiervoor is er een extra panel-pc voorzien die de webpagina van deze PLC
weergeeft. Deze webpagina visualiseert de programmakeuze en alarmmeldingen van de robot.
De verschillende sub-programma’s van de robot worden aangestuurd door gebruik te maken
van zijn IO’s. Deze IO’s worden aangestuurd door de PLC en zorgen ervoor dat het juiste
programma wordt uitgevoerd. Anderzijds zal de robot ook uitgangen aansturen zodat de PLC
weet in waar de robot zich ergens in het programma bevindt.
De robotprogramma’s zullen er dus voor zorgen dat de robot zakken van de pallet neemt en
dit met behulp van een vacuüm. Daarna zal hij de zak opensnijden en weggooien. Uiteraard
mag tijdens de robotwerking niemand in de cel aanwezig zijn. Hiervoor zorgt de
veiligheidsmodule en het safety-programma die de robot en de cel controleren.
Alle veiligheidscomponenten zijn aangesloten via safe-IO’s aan de SafetyBridge-modules.
10.9.5 Safety programma
Het programma voor de SafetyBridge modules wordt geschreven met SafeConfig 2.8. In
figuur 38 is afgebeeld hoe de noodstop geconfigureerd is in het programma. De twee
uitgangen van de noodstop worden gemonitord via een dubbel kanaal terwijl de twee
ingangen aangesloten worden op de geconfigureerde pulsuitgangen.
Figuur 40: Noodstop in safety programma
Figuur 39 geeft de functieblokken van de deurvergrendeling weer. Op de eerste blok worden
de safety uitgangen aangesloten en zal deze dus controleren. De tweede blok controleert of de
deur gesloten is, de toestand binnen de cel en bevestigt of de cel ontgrendeld mag worden of
niet.
68
Figuur 41: Deurvergrendeling
Verder worden in het programma de veiligheidsuitgangen van de scanner, de robot en de
terugkoppelingen van de contactoren gemonitord. Dit is deels te zien in figuur 40.
Figuur 42: Safety uitgangen robot
Het veiligheidsprogramma wordt nadien gecompileerd en toegevoegd aan het PLC-
programma. De oproep van het programma wordt verwerkt via functieblokken zoals in figuur
41. Op deze blokken moeten dan enkel enkele parameters worden ingevuld. De bouwsteen uit
figuur 42 wordt gebruikt voor het downloaden van het safety-programma. Wanneer er in het
PLC-programma een nieuw safety-programma wordt ingeladen zal dit verschillend zijn met
dat wat in de PLC zit. De uitgang XDiffLogicDetected wordt dan hoog. Vervolgens moet de
ingang XAcceptlogic hoog worden gemaakt om te bevestigen dat het nieuwe programma
gedownload mag worden. Deze download kan worden opgevolgd via de uitgang downloaded.
De safety in- en uitgangen die worden aangesloten via safe-IO op de veiligheidsmodule
kunnen in het PLC-programma niet verder worden gebruikt. Wel kunnen niet safety in- en
uitgangen worden toegevoegd aan het veiligheidsprogramma via bepaalde functiebouwstenen.
69
Figuur 43: Functiebouwsteen oproep
70
71
11. Besluit
Het communicatienetwerk dat opgezet is, is een industrieel-ethernetnetwerk met PROFINET
als protocol. Dit netwerk verzorgt de communicatie tussen de verschillende productiestadia.
Om alle PLC’s van de verschillende stadia te kunnen koppelen zijn er communicatiekaarten
geïmplementeerd.
De PLC van de centrale-aanvoer was niet in het bezit van een communicatiekaart. Hiervoor is
er een CS1W-PNT21 kaart geïmplementeerd, die PROFINET ondersteund. Hierdoor is deze
PLC nu master van het PROFINET-netwerk. Maar in dit project is het niet gelukt om het
geheel te configureren. De slaves geven aan dat er een busfout aanwezig is terwijl de master
dit niet geeft. Na een diagnose geeft het systeem weer dat de configuratie correct is en dat de
master geen problemen weergeeft. Om dit probleem toch te kunnen oplossen is er contact
opgenomen met Omron support, maar deze hadden niet onmiddellijk een oplossing. Zij gaan
dit nu verder onderzoeken. Als tijdelijke oplossing is de ILC 330PN ingesteld als master van
het PROFINET netwerk zodat de visualisatie en het loggen toch kan plaats vinden.
De spuitgietmachines worden aan het netwerk gekoppeld met behulp van PROFINET-
kopstations. Deze stations zorgen ervoor met behulp van IO’s dat de statussen van de
machines beschikbaar zijn als data op het netwerk.
De drooginstallatie wordt aan netwerk gekoppeld met behulp van PROFIBUS. De reden
hiervan is dat deze PLC al in het bezit was van een PROFIBUS-communicatiekaart. Deze
kaart maakt geen gebruik van Ethernet maar van RS485-hardware. Hiervoor moet er op de
ILC 330PN ook een communicatiekaart worden voorzien die deze hardware ondersteund.
Deze kaart is de IB-IL-PB-MA PAC module van Phoenix Contact en wordt eigenlijk gebruikt
als een soort gateway tussen PROFINET en PROFIBUS. De PLC van de drooginstallatie is in
dit PROFIBUS-netwerk een CPU 315-2DP Siemens PLC en is master van dit netwerk. Eerst
was de ILC 330PN master van het netwerk maar dit bleek wegens onbekende reden niet te
lukken. Nadien is de ILC 330PN slave geworden en bleek communicatie geen probleem te
zijn.
Voor de visualisatie van het machinepark verzamelt de ILC 330PN eerst alle data van het
netwerk. Vervolgens worden deze data gevisualiseerd door gebruik te maken van de
webserver van deze PLC. Hierdoor zijn deze data snel te raadplegen door via een webbrowser
te surfen naar het IP-adres van deze PLC, hiervoor worden de panel-pc’s gebruikt. Ook
schrijft deze PLC de alarmtijden en statussen van elke machine weg in een SQL-database dit
met behulp van functiebouwstenen. Deze data kunnen dan worden gebruikt door het
onderhouds- en managementteam maar is nier verder uitgewerkt.
72
Parrallel met het implementeren van het netwerk is er ook een robotcel geïmplementeerd.
Deze robot voorziet de drooginstallatie van granulaat wat de grondstof is voor het
spuitgietproces. Hierdoor zullen de klachten die te maken hebben met ergonomie
verminderen. Omdat het toevoegen van grondstof nu automatisch gebeurd in plaats van
manueel. Omdat deze robot ook de nodige gevaren met zich kan meebrengen is er een bij het
ontworpen een risicoanalyse uitgevoerd. Met de resultaten van deze analyse is de cel
ontworpen zodat de veiligheid gegarandeerd kan worden. In deze cel zijn er een laserscanner,
deurvergrendelingen, noodstoppen, en een veiligheidscontroller voorzien.
Deze controller is ook aangesloten op het netwerk zodat de data ook gevisualiseerd kan
worden. De controle van de robot wordt voorzien door een extra panel-pc die de webpagina
van de PLC weergeeft. Hierdoor is programma keuze eenvoudig en kunnen alarmmeldingen
worden weergegeven.
In de toekomst zullen nog meer machines aan het netwerk worden aangesloten, zoals de
visiesystemen van de kwaliteitscontrole. Ook zal de database uitgebreid worden en zal er
meer data in worden bewaard.
Eventueel zijn de database en de visualisatie te koppelen via de website zodat deze ook extern
te raadplegen zijn. Dit laatste wel met de nodige paswoorden.
73
Literatuurlijst
[1] Omron Electronics. (2004). Snelle start instructie Pc-PLC Ethernet configureren.
Hoofddorp: Omron Electronics
[2] Floré, T. (2008). Basiscursus functionele veiligheid. Sint-Denijs-Westrem: Pilz Belgium
[3] Van Gompel, B. (2008). De normen theoretisch en toegepast op een rondhoekmachine bij
Cartamundi Turnhout NV. Ongepubliceerd eindwerk, Katholieke Hogeschool Kempen,
Departement Geel.
[4] Van Den Berg, P. (6 april 2012). PROFINET. Geraadpleegd op 31 maart 2015,
http://wiki.edu-lab.nl/PROFINET.ashx?HL=PROFINET
[5] HMS Industrial Networks, (2014). Anybus Gateway Solutions. Geraadpleegd op 12
november 2014, http://www.anybus.com/products/gatewayindex.shtml
[6] EtherCat Technology Group. (februari 2014). Industrial Ethernet Technologies.
Geraadpleegd op 19 november 2014,
http://www.ethercat.org/download/documents/Industrial_Ethernet_Technologies.pdf
[7] Hulsebos, R. (2004). Industrial ethernet. Nuenen: Phoenix Contact.
[8] Hulsebos, R. (2012). Beckhoff Applicaties. Geraadpleegd op 2 april 2015,
http://www.beckhoff.nl/beckhoff.nl/dutch/applicat/ketels.htm
[9] Phoenix Contact GmbH & Co. KG. (2015). Catalogus. Geraadpleegd op 2 mei 2015,
https://www.phoenixcontact.com/online/portal/be?1dmy&urile=wcm%3apath%3a/benl/web/
main/products/entry_page/entry_page
[10] ABB Robotics Product AB (2015). Producten. Geraadpleegd op 2 mei 2015,
http://new.abb.com/products/robotics
[11] Omron Electronics. (2015). Producten. Geraadpleegd op 2 mei 2015,
http://industrial.omron.be/nl/products/catalogue/safety/default.html
[12] Euchner GmbH. (2012). MGB: help for setup and service. Leinfelden-Echterdingen:
Euchner GmbH + Co. KG.
[13] Siemens AG. (Mei 2010). Configuration of an S7-300 CPU as DP Slave to a CP 345-5 as
DP-Master. Jette: Siemens AG.
[14] Omron Electronics. (2004). CS1W-PNT21 PROFINET IO: Controller unit Operation
Manual. Hoofddorp: Omron Electronics
[15] Phoenix Contact GmbH & Co. KG. (2015). User Manuel: UM EN IB IL 24 LPSDO 8
V3-PAC. Zaventem: Phoenix Contact GmbH & Co. KG.
[16] ABB Robotics Products AB. (2004). Product Manual IRB 6400.
Västeras: ABB Robotics Products AB
74
[17] Phoenix Contact GmbH & Co. KG. (juni 2008). User Manual UM EN DBFL FB.
Zaventem: Phoenix Contact GmbH & Co. KG.
[18] Euchner GmbH. (2012). Data sheet: MGB-ARA-AM3A1.M . Leinfelden-Echterdingen:
Euchner GmbH + Co. KG.
[19] Omron Electronics. (2012). Handboek machineveiligheid.
Hoofddorp: Omron Electronics
75
Bijlagen (Zie Cd-rom)
Elektrische schema’s van robotstuurkast in Eplan
Veiligheidsanalyse van robotcel in SYSTEMA
Auteursrechtelijke overeenkomst
Ik/wij verlenen het wereldwijde auteursrecht voor de ingediende eindverhandeling:
Visualisatie van machinepark + implementatie van een communicatienetwerk
en een robotcel
Richting: master in de industriële wetenschappen: energie-automatisering
Jaar: 2015
in alle mogelijke mediaformaten, - bestaande en in de toekomst te ontwikkelen - , aan de
Universiteit Hasselt.
Niet tegenstaand deze toekenning van het auteursrecht aan de Universiteit Hasselt
behoud ik als auteur het recht om de eindverhandeling, - in zijn geheel of gedeeltelijk -,
vrij te reproduceren, (her)publiceren of distribueren zonder de toelating te moeten
verkrijgen van de Universiteit Hasselt.
Ik bevestig dat de eindverhandeling mijn origineel werk is, en dat ik het recht heb om de
rechten te verlenen die in deze overeenkomst worden beschreven. Ik verklaar tevens dat
de eindverhandeling, naar mijn weten, het auteursrecht van anderen niet overtreedt.
Ik verklaar tevens dat ik voor het materiaal in de eindverhandeling dat beschermd wordt
door het auteursrecht, de nodige toelatingen heb verkregen zodat ik deze ook aan de
Universiteit Hasselt kan overdragen en dat dit duidelijk in de tekst en inhoud van de
eindverhandeling werd genotificeerd.
Universiteit Hasselt zal mij als auteur(s) van de eindverhandeling identificeren en zal geen
wijzigingen aanbrengen aan de eindverhandeling, uitgezonderd deze toegelaten door deze
overeenkomst.
Voor akkoord,
Alenteyns, Jens
Datum: 29/05/2015
